引用本文
黄钰芳, 张恩和, 张新慧, 王惠珍, 王琦, 刘青林, 石雨仟. 兰州百合根及鳞茎水浸液自毒作用的研究.草业学报, 2015,26(8): 93-103
HUANG Yu-Fang, ZHANG En-He, ZHANG Xin-Hui, WANG Hui-Zhen, WANG Qi, LIU Qing-Lin, SHI Yu-Qian. Autotoxicity of water extracts of the root and bulb of Lilium davidii var. unicolor salisb .ACTA PRATACULTUAE SINICA, 2015,26(8): 93-103  
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兰州百合根及鳞茎水浸液自毒作用的研究
黄钰芳1,2, 张恩和1,*, 张新慧3, 王惠珍2, 王琦1, 刘青林1, 石雨仟1
1.甘肃农业大学农学院,甘肃 兰州 730070
2.甘肃中医药大学,甘肃 兰州 730000
3.宁夏医科大学药学院,宁夏 银川 750004
*通信作者Corresponding author. E-mail:zhangeh@gsau.edu.cn

作者简介:黄钰芳(1977-),女,甘肃陇南人,讲师,在读博士。E-mail:1049395950@qq.com

收稿日期: 2016-11-02
基金: 国家自然科学基金资助项目(31560380)资助
摘要

为探讨兰州百合自毒效应机制,明确百合根及鳞茎中主要自毒物质,设置水(CK)、百合根及鳞茎水浸液10、50、100、150 mg/mL,共计9个处理,用于自毒作用的生物学实验,采用分光光度法及滴定法测定百合幼苗中的生理生化指标,利用GC-MS技术分析兰州百合根及鳞茎中的主要自毒物质。结果显示,兰州百合根及鳞茎水浸液对自身幼苗生长的影响总体上表现为抑制作用,且存在浓度效应。随着水浸液浓度的增加,SOD、POD、CAT三种酶活性先上升后下降,MDA含量和相对电导率变化趋势则相反。浓度高于100 mg/mL时,脯氨酸及可溶性糖含量较对照显著增加( P<0.05)。根及鳞茎氯仿萃取液中分别鉴定出23种、14种化合物,主要包括:2,3-二氢茚、萘、2,4-二叔丁基苯酚、对乙烯基愈创木酚、香草醛、月桂酸、丁香醛、肉豆蔻酸、苯基异氰酸酯、对苯二甲酸二辛酯,其中多数被报道为化感自毒物质。兰州百合根及鳞茎水浸液对其幼苗的生长具有明显自毒效应。自毒作用是导致兰州百合连作障碍的重要原因之一。

关键词: 兰州百合; 化感作用; GC-MS; 化感物质; 生理生化
doi: 10.11686/cyxb2016411
Autotoxicity of water extracts of the root and bulb of Lilium davidii var. unicolor salisb
HUANG Yu-Fang1,2, ZHANG En-He1,*, ZHANG Xin-Hui3, WANG Hui-Zhen2, WANG Qi1, LIU Qing-Lin1, SHI Yu-Qian1
1.Agronomy College, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China
2.Gansu University of Traditional Chinese Medicine, Lanzhou 730000, China
3.College of Pharmacy, Ningxia Medical University, Yinchuan 750004, China
Abstract

Autotoxicity is one of the main problems in the continuous cropping of Lanzhou lily. The aim of this study was to determine the mechanism of the autotoxic effect of Lanzhou lily and identify the organic compounds responsible for its autotoxicity. Water extracts of the root and bulb were applied to young lily plants at different concentrations (10, 50, 100, and 150 mg/mL) to test their effects on early development. Spectrophotometry and titration methods were used to measure various physiological indexes in the seedlings, and gas chromatography-mass spectrometry was used to identify compounds in the extracts. The extracts inhibited seedling growth in a concentration-dependent manner. As the concentrations of the extracts increased, the activities of superoxide dismutase, peroxidase, and catalase first increased and then decreased, and the malondialdehyde content and relative conductivity decreased. The contents of proline and soluble sugars increased significantly when the extracts were applied at concentrations greater than 100 mg/mL. Twenty-three and 14 compounds were identified in chloroform extracts of the root and bulb, respectively, including indane, naphthalene, 2,4-bis(1,1-dimethylethyl)-phenol, 2-methoxy-4-vinylphenol, vanillin, dodecanoic acid, 4-hydroxy-3, 5-dimethoxy-benzaldehyde, tetradecanoic acid, phenyl isocyanate, 1, 4-benzenedicarboxylic acid, and bis(2-ethylhexyl) ester. Most of the identified substances are known to be allelopathic. These results showed that water extracts of the root and bulb of Lanzhou lily showed autotoxic effects on lily seedling growth.

Keyword: Lilium davidii var. unicolor salisb; allelopathy; GC-MS; allelochemicals; physiology and biochemistry

兰州百合(Lilium davidii var. unicolor salisb)是百合科(Liliaceae)百合属(Lilium)川百合的变种, 为多年生鳞茎草本植物。由于独特的土壤条件及成熟的栽培技术, 兰州百合鳞茎硕大, 颜色洁白, 口味甜美, 具有丰富的营养价值, 享有“ 兰州百合甲天下” 的美誉。然而, 近年来, 随着市场需求的急剧增加, 兰州百合连作加重, 导致百合产量下降, 品质劣化。因此, 连作障碍已成为制约兰州百合产业持续发展的瓶颈所在[1, 2]。连作会加重自毒物质在植物根际区的积聚, 从而改变土壤微环境, 植物残体的代谢产物连同植物根系分泌的自毒物质一起影响植株代谢, 对植物生长造成严重影响, 最终导致自毒作用的发生。研究表明, 许多作物的连作障碍多与此有关[3]。因而, 自毒物质引发的自毒作用则是导致植物连作障碍的主要因子之一。自毒作用是植物通过根系分泌、残体分解、地上淋溶等途径释放次生代谢产物, 这些产物在周围环境中不断累积, 从而对下茬同种植物的生长发育产生直接或间接的抑制作用[4]。自毒作用也是导致兰州百合连作障碍的主要原因之一[1, 2]。立足自毒作用研究作物连作障碍机制已成为许多学者研究的重要课题。目前, 国内外关于自毒作用的研究多集中在当归(Angelica sinensis)、黄瓜(Cucumis sativus)、水稻(Oryza sativa)及甘草(Glycyrrhiza uralensis)等植物[5, 6, 7, 8, 9, 10, 11], 对百合自毒作用的研究较少, 对导致兰州百合连作障碍的自毒效应机制以及产生自毒效应的物质基础至今却涉及甚少。因此, 本试验以百合种球为受试对象, 研究百合植株地下部分即根、鳞茎水浸液对自身幼苗生长的影响; 并通过对其幼苗生理生化特性的分析, 初步阐明兰州百合自毒作用机制; 利用GC-MS分析技术, 鉴定百合自毒成分, 明确造成兰州百合自毒效应的主要物质。

1 材料与方法
1.1 材料

于2015年10月百合收获期, 在百合主产区兰州市七里河区西果园乡, 选择3年生(1个生长周期)百合种植地, 采用5点取样法随机选取健康植株, 挖取整株, 分别收集根及鳞茎, 蒸馏水冲洗干净后, 备用。受试对象为当地培育成熟的百合种球鳞茎。

1.2 根、鳞茎水浸液的制备

取新鲜的百合根及鳞茎各60 g, 分别剪碎, 置于烧杯中, 加入200 mL蒸馏水, 充分振荡后浸泡24 h, 浸提液于4000 r/min离心10 min, 取上清液, 减压抽滤, 滤液再经0.45 μ m微孔滤膜过滤, 得到浓度为300 mg/mL的浸提母液。将两种母液分别用蒸馏水稀释为10、50、100和150 mg/mL的溶液, 于4 ℃的冰箱保存, 用于百合自毒作用的生物学研究。

1.3 根、鳞茎水浸液自毒作用的生物活性测定

于10 cm× 10 cm× 5 cm的发芽盒中放入适量河沙, 选择包合紧密, 基盘健康, 大小均一的百合种球, 消毒后(在浓度为3 mg/mL的高锰酸钾溶液中灭菌10 min, 再用无菌蒸馏水冲洗2~3次)均匀种植于发芽盒中, 每盒植入9颗, 分别准确加入配制好的梯度提取液30 mL, 每处理重复5次, 对照加入等体积蒸馏水。之后, 放置于25 ℃人工培养箱中培养。期间, 每3 d加入适量蒸馏水, 保持沙粒湿润, 培养20 d后, 测定各项指标。

生物指标的测定:将所有鳞茎的幼根、幼苗从种球结合部切下后分别用十万分之一电子天平和直尺测定其重量和长度, 并计算平均值。

化感作用效应敏感指数(response index, RI)采用Williamson等[12]的方法计算:

RI= 1-C/T(T≥C)T/C-1(T< C)

式中:C为对照值; T为处理值。RI> 0时表示促进作用, RI< 0时表示抑制作用, 绝对值的大小代表化感作用强度。

综合化感效应(synthesis effect, SE)为苗长(seeding length, SL)、苗重(seeding weight, SW)、根长(root length, RL)及根重(root weight, RW)化感效应指数的加和平均值。SE> 0时表示促进作用, SE< 0时表示抑制作用, 绝对值的大小代表综合化感作用强度。

1.4 根、鳞茎水浸液自毒作用相关生理指标的测定

将上述百合幼苗的叶片及根系分别保存于液氮中进行生理生化指标的测定。

1.4.1 保护酶系统相关酶活性的测定 过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)分别采用硫代硫酸钠滴定法、愈创木酚法、氮蓝四唑(NBT)光还原法测定[13]。

1.4.2 渗透调节物及细胞膜透性相关指标的测定 脯氨酸、可溶性糖、丙二醛(MDA)含量测定分别采用酸性茚三酮比色法、3, 5-二硝基水杨酸(DNS)法、硫代巴比妥酸(TBA)法测定[13]; 相对电导率采用电导率仪(DDS-307, 上海雷磁)测定。

1.5 根、鳞茎水浸液中自毒物质的检测

分别称取新鲜根、鳞茎500 g, 剪碎, 加适量蒸馏水浸泡24 h, 期间多次振荡。纱布过滤, 滤液以4000 r/min离心10 min, 取上清液, 减压抽滤, 滤液加入等量体积氯仿萃取5次, 用旋转蒸发仪(RE-2000B, 上海贤德)在4 ℃条件下减压回收氯仿至0.5 mL, 用于GC-MS分析。

GC-MS条件:HP-5MS(30 m× 250 μ m× 0.25 μ m)柱。进样口温度250 ℃; 柱温40 ℃。以5 ℃/min程序升温至50 ℃, 保持2 min, 再以5 ℃/min程序升温至130 ℃, 保持5 min, 再以5 ℃/min程序升温至160 ℃, 保持5 min, 再以5 ℃/min程序升温至250 ℃, 保持5 min, 再以5 ℃/min程序升温至280 ℃, 保持10 min, 最后以10 ℃/min程序升温至300 ℃。载气:He, 流量:1 mL/min, 进样量为1.0 μ L。电子轰击源, 轰击电压70 eV, 扫描范围M/Z 30-600AMU, 扫描速度0.2 S扫全程, 离子源230 ℃。

应用NIST11.L质谱数据库计算机检索系统分析质谱图, 进行未知物的鉴定。

借鉴Jaccard相似系数公式, 比较百合根与鳞茎中化合物的相似度。

J= ca+b+c× 100%

式中:a 为根中特有组分数目; b为鳞茎中特有组分数目; c为根和鳞茎中共有组分数目(a、b所代表组分相对百分含量大于1%, c所代表两个共有组分中至少有一个的相对百分含量大于1%)。

1.6 数据分析

利用Microsoft Excel 2007软件处理原始数据, 通过SPSS 17.0软件, 对数据进行单因子方差分析, 用新复极差法(Duncan)做显著性检验。

2 结果与分析
2.1 根、鳞茎水浸液对自身幼苗生长的影响

由表1可知, 百合根及鳞茎水浸液对自身幼苗的生长均产生自毒效应。随着水浸液浓度的升高, 苗长、苗重、根重均逐渐下降, 表现出一定的浓度效应。浓度为10 mg/mL时, 苗长、苗重、根重较对照下降均不明显; 浓度高于50 mg/mL时, 3指标均显著下降(P< 0.05)。与上述指标相比, 根长表现出“ 低促高抑” 现象, 浓度为10 mg/mL时, 促进作用未达显著水平; 浓度高于100 mg/mL时, 呈显著的抑制作用(P< 0.05)。

综合化感效应指数(SE)能够全面衡量化感效应强度。表1显示, 各浓度处理下SE值均为负值, 说明百合根及鳞茎水浸液化感效应总体上表现为抑制作用。浓度10~150 mg/mL, 根、鳞茎水浸液的SE绝对值呈增加趋势, 说明随着浓度的增加, 二者的抑制作用逐渐加强。同一浓度下, 根系水浸液的SE绝对值均高于鳞茎, 表明百合根水浸液的自毒效应均强于鳞茎。

不同生物指标对百合根及鳞茎水浸液的敏感程度存在差异。同一浓度下各指标对根水浸液总体敏感程度为:根长> 苗长, 根重> 苗重; 对鳞茎水浸液的敏感程度为:根重> 苗重。综合分析可以看出, 百合幼根受到两种水浸液的影响程度较幼叶为大。

表1 百合根及鳞茎水浸液对自身幼苗生长的影响 Table 1 Effect of lily root and bulb extracts on the growth of the seedling
2.2 根、鳞茎水浸液对自身幼苗生理生化的影响

2.2.1 根、鳞茎水浸液对抗氧化酶活性的影响 由图1、2、3显示, 随着水浸液浓度的增大, 百合幼苗CAT、POD、SOD活性均呈先升高后降低的趋势, 并且随着浓度的不同, 根、鳞茎水浸液对以上3种酶活性的影响程度存在差异。浓度为10 mg/mL时, CAT、POD、SOD活性均显著升高(P< 0.05); 浓度提高至50 mg/mL时, 各种酶活性均有所下降, 其中仅SOD较对照下降显著(P< 0.05); 浓度提高至150 mg/mL时, 3种酶活性均显著降低(P< 0.05)。其中, 根浸液中CAT、POD、SOD活性较对照分别降低78.24%、26.36%及56.71%, 鳞茎水浸液中3种酶活性分别降低64.43%、20.61%及51.94%。从以上数据可以看出, 根水浸液对3种酶活性的抑制程度均大于鳞茎水浸液。

图1 根、鳞茎水浸液对CAT活性的影响
不同小写字母表示差异显著(P< 0.05), 下同。Fig.1 Effect of root, bulb water extracts on CAT activity
The different small letters mean the significant differences at P< 0.05, the same below.

2.2.2 根、鳞茎水浸液对渗透调节物质含量的影响 图4、图5显示, 根及鳞茎水浸液对脯氨酸及可溶性糖含量的影响均存在一定的差异。浓度10~150 mg/mL, 根水浸液中脯氨酸含量较对照持续增加8.20%~204.27%, 而鳞茎水浸液中其含量降低34.40%后仅上升了3.64%。随着浓度的增大, 根和鳞茎水浸液中可溶性糖的含量均先下降后上升。浓度为100和150 mg/mL时, 根水浸液中可溶性糖含量提高了33.33%和58.33%, 较对照差异显著(P< 0.05), 而鳞茎水浸液在各浓度下, 可溶性糖含量与对照差异均不明显。

2.2.3 根、鳞茎水浸液对细胞膜透性的影响 图6、图7显示, 随着浓度的升高, 根、鳞茎水浸液中MDA含量、电导率均先下降后上升。浓度为10 mg/mL时, 根、鳞茎水浸液中MDA含量分别下降59.29%和79.29%, 电导率分别下降22.83%和18.06%, 较对照差异均达显著水平(P< 0.05)。浓度为100和150 mg/mL, 根、鳞茎水浸液中MDA含量分别增加146.57%和147.14%、100.00%和135.00%, 电导率分别提高29.03%和68.96%、17.41%和39.07%, 较对照差异均达显著水平(P< 0.05)。

图2 根、鳞茎水浸液对POD活性的影响Fig.2 Effect of root, bulb water extracts on POD activity

图3 根、鳞茎水浸液对SOD活性的影响Fig.3 Effect of root, bulb water extracts on SOD activity

图4 根、鳞茎水浸液对脯氨酸含量的影响Fig.4 Effect of water extracts from root and bulb on proline content

图5 根、鳞茎水浸液对可溶性糖含量的影响Fig.5 Effect of water extracts of root and bulb on soluble sugar content

图6 根、鳞茎水浸液对MDA含量的影响Fig.6 Effect of water extracts of root and bulb on MDA content

图7 根、鳞茎水浸液对相对电导率的影响Fig.7 Effect of water extracts of root and bulb on relative electrical conductivity

2.3 根、鳞茎水浸液中自毒物质的检测

采用气质联用色谱仪(GC-MS)分析百合根、鳞茎水浸液氯仿萃取相中潜在的化感自毒物质。结果(表2, 图8)发现, 百合根中存在23种化合物, 主要包括:2, 3-二氢茚、萘、对乙烯基愈创木酚、香草醛、月桂酸、丁香醛、肉豆蔻酸、邻苯二甲酸二异丁酯及对苯二甲酸二辛酯。鳞茎中共鉴定出14种化合物(表3, 图9), 主要包括:苯基异氰酸酯、2, 4-二叔丁基苯酚、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二丁酯及对苯二甲酸二辛酯。表2、表3中列出的化感物质均属GC-MS分析匹配度大于90%的化合物。

计算根和鳞茎中相对含量大于1%组分的相似系数。结果显示, 氯仿萃取液中二者的相似系数为25%, 可见, 百合根与鳞茎氯仿萃取液中所含的化合物差异性较大。前者含量大于5%的组分共6种, 其中2种为特有组分; 后者含量大于5%的组分共7种, 特有组分为4种。二者相对含量最大的组分一致, 均为对苯二甲酸二辛酯。

表2 根水浸液氯仿萃取液GC-MS分析 Table 2 GC-MS analysis of root water immersion chloroform extraction

图8 根氯仿萃取液GC-MS色谱图Fig.8 GC-MS chromatogram of root chloroform extraction

表3 鳞茎水浸液氯仿萃取液GC-MS分析 Table 3 GC-MS analysis of bulb water immersion chloroform extraction

图9 鳞茎氯仿萃取液GC-MS色谱图Fig.9 GC-MS chromatogram of bulb chloroform extraction

3 讨论与结论
3.1 百合根、鳞茎水浸液的自毒作用

生物活性测定试验表明, 百合根及鳞茎水浸液对自身幼苗的生长存在一定的影响。研究显示, 当水浸液浓度达到某一临界浓度时, 才能产生化感自毒作用, 低于该浓度, 不会产生抑制效应, 甚至具有促进作用。周秀梅等[14]研究发现, 木香薷(Elsholtzia stauntonii)茎和花序水浸液对其种子萌发表现出“ 低促高抑” 的浓度梯度效应。袁莉等[15]在试验中发现, 不同浓度的苜蓿(Medicago sativa)浸提液对其种子萌发有不同程度地抑制或者促进效应, 随着提取液浓度的升高, 抑制作用增强, 浓度降低, 抑制作用减弱甚至消失, 表现出“ 低促高抑” 现象。但本试验综合化感效应指数分析显示, 百合根及鳞茎水浸液化感效应总体上表现为抑制作用, 且抑制程度随水浸液浓度的提高而增强, 存在浓度梯度效应, 这与胡远彬等[16]对黄芪(Astragalus strictus)、黄玉茜等[17]对花生(Arachis hypogaea)自毒作用的研究结果相同。由此可见, 不同作物甚至同作物不同部位水浸液对其种子的萌发和幼苗生长表现出不同的自毒作用规律, 这可能与研究者采用的研究方法、取样时间及研究对象的差异有关。但可以确定的是, 随着供体水浸液浓度的提高, 对其种子萌发及幼苗生长确实存在显著的自毒作用。

本研究发现, 百合根及鳞茎不同部位水浸液对其幼苗生长的影响存在差异性。与鳞茎水浸液相比, 根浸液对其幼苗生长的抑制作用更为明显。周凯等[18]的研究显示, 菊花(Dendranthema morifolium)的自毒作用同样存在部位差异。其中, 叶与枯落物水浸液的抑制作用最强, 而根的抑制作用较弱。银福军等[19]在研究黄连(Coptis chinensis)的自毒作用时发现, 其不同部位自毒作用顺序为:根茎浸提液> 须根浸提液。罗小勇等[20]研究发现23种紫花苜蓿各器官对小麦(Triticum aestivum)幼苗生长的抑制作用以根的活性最高, 叶次之, 茎最低。由此可见, 不同作物及作物的不同部位之间, 其自毒作用程度存在一定的差别。而外在的表现作用是由内在的物质成分所主导。故推测, 这一差别可能是由于不同部位含有的自毒成分种类和数量之间的差异所导致的。

本研究还发现, 不同生物指标对根、鳞茎水浸液的敏感程度有所不同。张新慧等[21]在研究蒙古黄芪自毒试验中发现, 种子胚根长度对根浸液的敏感程度大于胚芽长度。本研究结果显示, 百合根及鳞茎水浸液对其幼根的抑制程度大于幼苗, 证实所测定指标对根浸液的敏感程度存在一定的差异。植物在生长过程中, 其根系与土壤接触最为紧密, 土壤中的各种化学物质只能通过根的吸收和传导才能输送到其它器官, 所以根是化感物质作用的首要位点, 从而受到的影响程度也最大。

3.2 百合自毒作用机制的探讨

SOD、POD、CAT等保护酶系统能够清除植物细胞中产生的活性氧, 防止膜脂过氧化, 保护膜结构和功能的完整性[22]。丙二醛(MDA)是膜脂过氧化作用的最终产物, 其含量的高低能够反映质膜受伤害的严重程度[23]。相对电导率(%)则是衡量细胞膜透性的重要指标[24]。王才斌等[25]在试验中发现, 连作胁迫能够显著降低花生叶片中SOD、POD及CAT活性, 一方面增加MDA含量, 抑制蛋白质合成, 从而引起花生生育障碍; 另一方面可导致膜透性的增加, 造成电解质外渗, 电导率增大。本试验研究显示, 当水浸液浓度为10 mg/mL时, SOD、POD、CAT三种酶活性较对照均显著上升(P< 0.05), MDA含量明显下降(P< 0.05), 相对电导率显著降低(P< 0.05), 表明低浓度水浸液诱导了3种酶的抗氧化能力, 促使酶活性增强, 维持了质膜的完整性, 降低MDA含量, 从而减少电解质的外渗, 相对电导率降低。当浓度大于100 mg/mL时, 逆境胁迫超出了3种酶的防御值, 抑制了酶活性, 致使膜透性增大, MDA含量上升, 电解质外渗, 电导率增大。这与吴榕等[26]的研究结果相类似, 正是上述生理代谢方面的改变导致了百合幼苗形态上的改变, 也是百合根及鳞茎水浸液产生自毒效应的内在生理机制之一。

逆境环境中, 植物细胞会积累可溶性糖、脯氨酸等渗透调节物质以调节细胞内渗透势、维持水分平衡及细胞膜的正常结构[27]。本研究结果显示, 低浓度时, 根浸液对其幼苗叶片中脯氨酸及可溶性糖含量的影响较小; 当浓度高于100 mg/mL时, 二者含量显著增加(P< 0.05), 这可能是百合幼苗为适应自毒物质胁迫而增加渗透调节物质含量, 提高细胞渗透势, 以维持细胞膜的正常结构, 是百合幼苗对自毒物质的相关生理反应。对于鳞茎水提液, 任何浓度下, 其脯氨酸及可溶性糖含量均没有显著变化, 这一结果可能与根浸液的抑制效应强而鳞茎水提液的抑制作用弱有关系。

3.3 百合根、鳞茎中自毒成分的比较

Rice[28]将化感物质分为14类, 主要为次生代谢物质。程智慧等[29]从西伯利亚百合根系分泌物氯仿组分中鉴定出20种化合物。其中, 含量最高为邻苯二甲酸二异辛酯。本试验从兰州百合根及鳞茎氯仿萃取液中分别鉴定出23种、14种化合物, 主要包括:2, 3-二氢茚、萘、2, 4-二叔丁基苯酚、对乙烯基愈创木酚、香草醛、月桂酸、丁香醛、肉豆蔻酸、苯基异氰酸酯、邻苯二甲酸二异丁酯、对苯二甲酸二辛酯。其中, 含量最大者为对苯二甲酸二辛酯。除乙烯基愈创木酚和苯基异氰酸酯罕见报道外, 其余成分与其他研究结果相类似[30]。上述成分是否均具有自毒效应, 还需要进一步做单体成分的生物活性研究。兰州百合与西伯利亚百合的种虽不同, 但其中含量最大的化合物均为酯类。但化合物含量与自毒效应是否呈正相关, 这一点却需要进一步的验证。再者, 本结果中未列出烷烃类物质, 因为利用GC-MS技术作其他任何定性研究时, 均发现大量烷烃类化合物, 故研究者认为此类物质多为结构复杂的化合物在质谱仪中断裂生成, 而不完全归属于化感自毒成分。

本试验还比较了百合根与鳞茎中自毒成分的相似度, 结果为25%, 说明百合根与鳞茎所含自毒物成分的种类差异性较大。同时, 该结论也证实了上述研究结果, 即植株的不同部位含有不同种类的化学成分, 在内影响植物生理生化反应, 在外表现出自毒作用的差异。对于不同的自毒物质, 其作用方式的差别以及自毒物质种类与数量之间的交叉作用还有待于进一步探索。

3.4 自毒作用与连作障碍

植物自毒是化感作用的重要表现形式, 也是连作障碍的重要因素之一[31]。银福军等[19]研究表明, 黄连根茎、须根、根际土及残体腐解液均对黄连种子发芽、幼苗生长及成株发育具有影响, 黄连连种两年即可见其自毒作用。王田涛等[32]研究表明, 当归具有较强的自毒作用, 并且自毒作用随浓度增加而增强, 当归的自毒作用是造成连作障碍的原因之一。刘苹等[33]研究发现, 花生连作土壤中豆蔻酸、软脂酸和硬脂酸的累积与花生的连作障碍有着密切关系。本研究表明, 连作模式下, 百合根及鳞茎产生的各种次生代谢物能够增加百合幼叶离子的渗透量, 诱导类脂的过氧化作用, 抑制抗氧化酶的活性, 破坏细胞膜的完整性, 从而对百合幼苗的生长产生抑制作用。该研究结果可以证实, 自毒作用是导致兰州百合连作障碍的重要原因之一。

The authors have declared that no competing interests exist.

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